ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ГРУППОВЫМ ДВИЖЕНИЕМ РОБОТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СТАТИСТИЧЕСКОГО ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

  • С.Ю. Курочкин Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет), НУЦ «Робототехника»
  • А.А. Тачков Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет), НУЦ «Робототехника»;
  • Е. И. Борисенков Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет), НУЦ «Робототехника»
Ключевые слова: Мобильный робот, группа роботов, групповое управление, имитационное моделирование, система автоматического управления движением

Аннотация

Рассмотрена задача параметрического синтеза системы управления согласованным
движением группы мобильных роботов (МР) строем по заданному опорному маршруту. Ар-
хитектура системы управления рассматриваемых МР соответствует принципам блочно-
модульного построения на основе унифицированных программных компонентов, совместное
функционирование которых реализует связующее программное обеспечение, например, Robot
Ope tin Sy tem. Стохастическая природа условий применения МР, случайные ошибки в ин-
формационно-измерительной системе и использование упрощенных моделей движения МР
приводят к возникновению в системе управления МР ошибок, влияющих на скорость его дви-
жения. Влияние условий функционирования на качество работы системы связи и системы
управления МР отражают вероятностно-временные характеристики (ВВХ): время достав-
ки сообщений в сети и интенсивность остановок МР. Проводимое имитационное моделиро-
вание позволяет учесть влияние указанных ВВХ и динамики МР с учетом системы управления
приводным уровнем на качество выполнения группой МР поставленной задачи. Согласованное
движение группы МР строем по заданному маршруту обеспечивается методом децентрали-
зованной виртуальной структуры. Качество выполнения групповой задачи оценивается дву-
мя показателями: отклонение формы строя от заданной и время выполнения поставленной
задачи. Приведен пример вычисления оптимального параметра метода виртуальной струк-
туры, при котором для заданных ВВХ будет обеспечиваться прохождение группой из трех
МР опорного маршрута за наименьшее время при минимальных отклонениях текущей формы
строя от требуемой. Оптимизационная задача решена при помощи метода золотого сече-
ния, статистическое имитационное моделирование выполнено с использованием пакетов
M TL B Simu ink и P e Computin Too box. Выполнено имитационное моделирование
движения однородной группы из трех МР, которой ставится задача движения по маршруту
в строю формы «шеренга» с интервалом 5 метров с рекомендуемой скоростью 3 м/с. Каче-
ство работы системы автономного управления движением МР обеспечивает безаварийное
движение робота с интенсивностью остановок 1,2 остановки в минуту. Система связи и
обмена информацией с полносвязной топологией обеспечивает обмен информацией между
мобильными роботами с частотой не более 10 Гц, запаздывания в канале связи варьируют-
ся в интервале от 0,1 до 0,5 с.

Литература

1. Alonso-Mora J. et al. Reactive mission and motion planning with deadlock resolution avoiding
dynamic obstacles, Autonomous Robots, 2018, Vol. 42, No. 4, pp. 801-824.
2. Girard A.R. et al. A control architecture for integrated cooperative cruise control and collision
warning systems, Proceedings of the 40th IEEE Conference on Decision and Control (Cat.
No. 01CH37228). IEEE, 2001, Vol. 2, pp. 1491-1496.
3. Young S., Kott A. Control of small robot squads in complex adversarial environments: A review,
2009.
4. Nazarova A.V., Meysin' Ch. Organizatsiya spasatel'nykh komand robotov dlya likvidatsii
posledstviy stikhiynykh bedstviy [Organization of rescue teams of robots to eliminate the consequences
of natural disasters], Robototekhnika i tekhnicheskaya kibernetika [Robotics and
Technical Cybernetics], 2019, No. 1, pp. 21-28.
5. Vlasov K.S., Tachkov A.A., Danilov M.M. Taktika gruppovogo primeneniya nazemnykh
robototekhnicheskikh kompleksov pri tushenii pozharov v rezervuarnykh parkakh [Tactics of
group application of ground-based robotic complexes when extinguishing fires in tank farms],
Pozharnaya bezopasnost' [Fire Safety], 2020, No. 2, pp. 28-35.
6. Van Arem B., Van Driel C.J.G., Visser R. The impact of cooperative adaptive cruise control on
traffic-flow characteristics, IEEE Transactions on intelligent transportation systems, 2006,
Vol. 7, No. 4, pp. 429-436.
7. Sheikholeslam S., Desoer C.A. Longitudinal control of a platoon of vehicles, 1990 American
control conference. IEEE, 1990, pp. 291-296.
8. Trujillo M.A. et al. Structure Assembly, Aerial Robotic Manipulation. Springer, Cham, 2019,
pp. 351-365
9. Healey A.J. Application of formation control for multi-vehicle robotic minesweeping, Proceedings
of the 40th IEEE Conference on Decision and Control (Cat. No. 01CH37228). IEEE,
2001, Vol. 2, pp. 1497-1502.
10. Kalyaev I.A., Gayduk A.R., Kapustyan S.G. Modeli i algoritmy kollektivnogo upravleniya v
gruppakh robotov [Models and algorithms of collective management in groups of robots].
Moscow: Fizmatlit, 2009, 280 p.
11. Pshikhopov V.Kh., Medvedev M.Yu. Sravnitel'nyy analiz tsentralizovannogo i detsentralizovannogo
algoritmov dvizheniya stroem BLA mul'tikopternogo tipa [Comparative analysis of centralized and
decentralized algorithms for the movement of a multicopter-type UAV system], Izvestiya YuFU.
Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2022, No. 1 (225), pp. 121-139.
12. Tachkov A.A. [i dr.]. Printsipy postroeniya sistem avtonomnogo upravleniya dvizheniem
nazemnykh robototekhnicheskikh kompleksov spetsial'nogo naznacheniya [Principles of construction
of autonomous motion control systems for ground-based robotic complexes of special
purpose], Robototekhnika i tekhnicheskaya kibernetika [Robotics and technical cybernetics],
2022, Vol. 10, No. 2, pp. 121-132.
13. Iakovlev D.S. Collision Risk Analysis to Ensure the Safety of Autonomous Vehicle Motion Control,
2021 International Russian Automation Conference (RusAutoCon), 2021, pp. 644-649.
14. Maksimov A.A., Tachkov A.A., Malykhin A.Yu., Rudianov N.A. Podkhod k formalizatsii
takticheskoy zadachi dlya gruppy nazemnykh robototekhnicheskikh kompleksov voennogo
naznacheniya [An approach to the formalization of a tactical task for a group of ground-based
robotic systems for military purposes], Voprosy oboronnoy tekhniki. Ser. 16 [Issues of defense
technology. Series 16], 2017, No. 7-8 (109-110), pp. 88-96.
15. Kurochkin S.Yu., Tachkov A.A. Statisticheskaya imitatsionnaya model' gruppovogo dvizheniya
mobil'nykh robotov s uchetom veroyatnostno-vremennykh kharakteristik sistemy svyazi i
avtonomnogo upravleniya dvizheniem [Statistical simulation model of the group movement of
mobile robots taking into account the probabilistic and temporal characteristics of the communication
system and autonomous motion control], Ekstremal'naya robototekhnika [Extreme
robotics], 2022, Vol. 1, No. 1, pp. 123-129.
16. Tachkov A.A. [i dr.]. Realizatsiya traektornogo regulyatora nazemnogo robototekhnicheskogo
kompleksa na osnove model'nogo prognoziruyushchego upravleniya [Implementation of a trajectory
controller of a ground-based robotic complex based on model predictive control], Robototekhnika i
tekhnicheskaya kibernetika [Robotics and technical cybernetics], 2022, Vol. 10, No. 1, pp. 43-54.
17. Beard R.W., Lawton J., Hadaegh F.Y. A coordination architecture for spacecraft formation
control, IEEE Transactions on control systems technology, 2001, Vol. 9, No. 6, pp. 777-790.
18. Ren W. Consensus strategies for cooperative control of vehicle formations, IET Control Theory
& Applications, 2007, Vol. 1, No. 2, pp. 505-512.
19. Fax J.A., Murray R.M. Information flow and cooperative control of vehicle formations, IFAC
Proceedings Volumes, 2002, Vol. 35, No. 1, pp. 115-120.
20. Karpenko A.P. Sovremennye algoritmy poiskovoy optimizatsii [Modern search engine optimization
algorithms]. Moscow: Izd-vo MGTU im. N.E. Baumana, 2014, 446 p.
Опубликован
2023-04-10
Выпуск
Раздел
РАЗДЕЛ II. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЯ